(57)【要約】【課題】応答性が高いうえ、長時間の検出が可能なＰＭセンサを提供すること。【解決手段】排気中に含まれる粒子状物質をセンサ素子１２に付着させるための集塵電圧が印加される集塵電極１２３Ａ，１２８Ａと、センサ素子１２の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される測定電極１２７Ａ，１２７Ｂと、を有するセンサ素子１２を備え、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加した後、所定の条件が満たされたことに応じて、集塵電圧の印加を停止するとともに測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに測定電圧を印加し、センサ素子１２の電気的特性を測定することを特徴とするＰＭセンサ１１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を有し、当該センサ素子の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧が印加される第１電極部と、前記センサ素子の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される第２電極部と、を有し、
前記粒子状物質検出装置は、
前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始する電圧印加開始手段と、
前記集塵電圧の印加を開始し、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段と、
所定の条件が満たされたことに応じて前記第１電極部への集塵電圧の印加を停止する電圧印加停止手段と、
前記集塵電圧の印加を停止した後、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段と、
前記第２測定手段の測定値に基づいて、排気中の粒子状物質の濃度を検出する濃度検出手段と、を備えることを特徴とする粒子状物質検出装置。
【請求項２】
前記第１測定手段及び前記第２測定手段は、前記第２電極部に交流の測定電圧を印加するものであり、
前記第１測定手段により前記第２電極部に印加される測定電圧の周波数を第１周波数とし、前記第２測定手段により前記第２電極部に印加される測定電圧の周波数を第２周波数としたときに、
前記第２周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする請求項１記載の粒子状物質検出装置。
【請求項３】
前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、
前記濃度検出手段は、前記過渡運転状態判定手段により過渡運転状態であると判定された場合には、前記電圧印加開始手段により集塵電圧の印加を開始することを特徴とする請求項１又は２記載の粒子状物質検出装置。
【請求項４】
前記集塵電圧は、前記測定電圧に比して大きいことを特徴とする請求項１から３いずれか記載の粒子状物質検出装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を有し、当該センサ素子の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、
前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧、及び、前記センサ素子の電気的特性を測定するための前記集塵電圧に比して小さい測定電圧の何れかが選択的に印加される電極部を有し、
前記粒子状物質検出装置は、
前記電極部に所定の時間に亘って集塵電圧を印加する電圧印加手段と、
前記集塵電圧を印加した後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段と、
所定の条件が満たされたか否かを判定する判定手段と、
前記所定の条件が満たされたと判定された後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段と、
前記第２測定手段の測定値に基づいて、排気の粒子状物質の濃度を検出する濃度検出手段と、を備えることを特徴とする粒子状物質検出装置。
【請求項６】
前記判定手段により所定の条件が満たされていないと判定された場合には、前記電圧印加手段による集塵電圧の印加、及び、前記第１測定手段による測定を再び行うことを特徴とする請求項５記載の粒子状物質検出装置。
【請求項７】
前記第１測定手段及び前記第２測定手段は、前記電極部に交流の測定電圧を印加するものであり、
前記第１測定手段により前記電極部に印加される測定電圧の周波数を第１周波数とし、前記第２測定手段により前記電極部に印加される測定電圧の周波数を第２周波数としたときに、
前記第２周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする請求項５又は６記載の粒子状物質検出装置。
【請求項８】
前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、
前記濃度検出手段は、前記過渡運転状態判定手段により過渡運転状態であると判定された場合には、前記電圧印加手段により集塵電圧を印加することを特徴とする請求項５から７いずれか記載の粒子状物質検出装置。
【請求項９】
前記所定の条件は、前記第１測定手段の測定値に基づいて算出された値が所定の閾値を上回ったか否かであることを特徴とする請求項１から８いずれか記載の粒子状物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質検出装置に関する。特に、内燃機関から排出された排気の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気管には、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」ともいう）の濃度を検出するために粒子状物質検出装置が設けられている。例えば、粒子状物質検出電極が、所定の電気抵抗値を有する多孔質の導電性物質から構成され、この検出電極に粒子状物質が付着することにより生ずる電気抵抗値の変化を測定することにより、排気中の粒子状物質の量を検出する粒子状物質検出装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＰＭセンサを順次再生させ、再生中のＰＭセンサ以外のＰＭセンサにより排気中のＰＭ量を検出することで、排気中のＰＭ量を連続して検出できるＰＭ排出量検出装置が開示されている（特許文献２参照）。このＰＭセンサでは、電極が交互に配置された絶縁構造を有しており、ＰＭが電極に付着して堆積すると導通して抵抗値が小さくなる性質を利用して、ＰＭセンサの出力値（電流値）に基づいて排気中のＰＭ量を検出する（特許文献２参照）。
【０００４】
また、排気管内に設置され、電極部に所定の電圧を印加して排気中の粒子状物質を電極部に付着させた後、電極部の電気的特性を測定し、測定した電気的特性から排気中の粒子状物質の量（濃度）を検出する粒子状物質検出装置が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６６９６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１９０５０２号公報
【特許文献３】特開２００８−１３９２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した通り、特許文献１及び２に開示されている装置では、電極部にＰＭが付着することにより生ずる電極部の電気的特性の変化に基づいて、排気中のＰＭ量を検出する。しかしながら、ＰＭの付着による電極部の電気的特性の変化は、電極部に付着したＰＭ堆積量が薄くまばらに存在する状態では現れず、電極部全面にＰＭが堆積することにより初めて現れる。
また、自動車等の定常運転状態においては、電極部全面にＰＭが堆積して電極部の電気的特性の変化が現れるまでには長時間（例えば、１〜２時間程度）を要する。このため、特許文献１及び２に開示されている装置では、排気中のＰＭ量を検出するまでに長時間を要し、時間に対する応答性が低いため、自動車等への搭載は困難である。
【０００７】
また、上述した通り、特許文献３に開示されている装置では、電極部に所定の電圧を印加して排気中の粒子状物質を電極部に静電集塵した後、電極部の電気的特性を測定し、測定した電気的特性から排気中の粒子状物質の量（濃度）を検出する。即ち、電極部に所定の電圧を印加して排気中の粒子状物質を電極部に強制的に付着させることにより、短時間で電気的特性の変化を検出することができる。
しかしながら、ＰＭの堆積により生ずる電極部の電気的特性の変化は、ＰＭ堆積量が増大し過ぎると生じなくなるという問題がある。即ち、特許文献３に開示されている装置では、電極部に電圧を印加して静電集塵を短時間で行う結果、電極部の電気的特性の変化が現れる時間が短く、長期に亘って測定を行うことができない。また、短時間での静電集塵の間に、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等からＰＭの塊が取れて電極部に付着した場合にあっては、排気中のＰＭ量を誤って検出してしまうことがある。
また、電極部に電圧を印加して静電集塵するため、短時間でＰＭ堆積量が増大して電気的特性の変化が生じなくなる結果、集塵、測定、再生の一連の処理を数多く繰り返す必要がある。このため、静電集塵を行うために電圧を印加する回数や、再生のためにヒーターに電圧を印加する回数も増え、電力消費量が多いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、粒子状物質の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、応答性が高いうえ、長時間の検出が可能な粒子状物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子（１２)を有し、当該センサ素子の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置（１１）であって、前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧が印加される第１電極部（１２３Ａ，１２８Ａ）と、前記センサ素子の電気的特性を測定するための測定電圧が印加される第２電極部（１２７Ａ，１２７Ｂ）と、を有し、前記粒子状物質検出装置は、前記第１電極部への集塵電圧の印加を開始する電圧印加開始手段（１３，１６）と、前記集塵電圧の印加を開始し、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段（１４，１６）と、所定の条件が満たされたことに応じて前記第１電極部への集塵電圧の印加を停止する電圧印加停止手段（１３，１６）と、前記集塵電圧の印加を停止した後、前記第２電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段（１４，１６）と、前記第２測定手段の測定値に基づいて、排気中の粒子状物質の濃度を検出する濃度検出手段（１６）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の粒子状物質検出装置において、前記第１測定手段及び前記第２測定手段は、前記第２電極部に交流の測定電圧を印加するものであり、前記第１測定手段により前記第２電極部に印加される測定電圧の周波数を第１周波数とし、前記第２測定手段により前記第２電極部に印加される測定電圧の周波数を第２周波数としたときに、前記第２周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の粒子状物質検出装置において、前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、前記濃度検出手段は、前記過渡運転状態判定手段により過渡運転状態であると判定された場合には、前記電圧印加開始手段により集塵電圧の印加を開始することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３いずれか記載の粒子状物質検出装置において、前記集塵電圧は、前記測定電圧に比して大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれる粒子状物質が付着するセンサ素子を有し、当該センサ素子の電気的特性に基づいて排気中の粒子状物質の濃度を検出する粒子状物質検出装置であって、前記センサ素子は、排気に含まれる粒子状物質を前記センサ素子に付着させるための集塵電圧、及び、前記センサ素子の電気的特性を測定するための前記集塵電圧に比して小さい測定電圧の何れかが選択的に印加される電極部を有し、前記粒子状物質検出装置は、前記電極部に所定の時間に亘って集塵電圧を印加する電圧印加手段と、前記集塵電圧を印加した後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第１測定手段と、所定の条件が満たされたか否かを判定する判定手段と、前記所定の条件が満たされたと判定された後、前記電極部に測定電圧を印加することにより前記センサ素子の電気的特性を測定する第２測定手段と、前記第２測定手段の測定値に基づいて、排気の粒子状物質の濃度を検出する濃度検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の粒子状物質検出装置において、前記判定手段により所定の条件が満たされていないと判定された場合には、前記電圧印加手段による集塵電圧の印加、及び、前記第１測定手段による測定を再び行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の粒子状物質検出装置において、前記第１測定手段及び前記第２測定手段は、前記電極部に交流の測定電圧を印加するものであり、
前記第１測定手段により前記電極部に印加される測定電圧の周波数を第１周波数とし、前記第２測定手段により前記電極部に印加される測定電圧の周波数を第２周波数としたときに、前記第２周波数は、前記第１周波数よりも高いことを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項５から７いずれか記載の粒子状物質検出装置において、前記内燃機関の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する過渡運転状態判定手段をさらに備え、前記濃度検出手段は、前記過渡運転状態判定手段により過渡運転状態であると判定された場合には、前記電圧印加手段により集塵電圧を印加することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１から８いずれか記載の粒子状物質検出装置において、前記所定の条件は、前記第１測定手段の測定値に基づいて算出された値が所定の閾値を上回ったか否かであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、第１電極部に集塵電圧を印加した後、所定の条件が満たされたことに応じて、集塵電圧の印加を停止するとともに第２電極部に測定電圧を印加し、センサ素子の電気的特性を測定する。
ここで、センサ素子の電気的特性として、センサ素子に十分な量の粒子状物質が付着するまでは変化しない一方、付着した粒子状物質の堆積量が過大となっても変化しないという特性がある。
これに対して本発明では、第１電極部に集塵電圧を印加することにより、十分な量の粒子状物質を短時間でセンサ素子に付着させることができ、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば３０秒ほどの短時間で、排気に含まれる粒子状物質の濃度を検出できる。即ち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気に含まれる粒子状物質の濃度を検出できる。
また、排気に含まれる粒子状物質の濃度を検出する際には、第１電極部に対する集塵電圧の印加を行わないため、粒子状物質はゆっくりと自然にセンサ素子に付着し、センサ素子の電気的特性は緩やかに変化していくことから、長時間に亘って粒子状物質の濃度を検出できる。
また、本発明では、第１電極部と第２電極部の２つの電極部を備えるため、第１電極部に集塵電圧を印加して粒子状物質の集塵を行いつつ、第２電極部に測定電圧を印加することでセンサ素子の電気的特性を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘って粒子状物質の濃度を検出できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、第１測定手段及び第２測定手段で印加する測定電圧を、交流の測定電圧とするとともに、第１測定手段で用いる測定電圧の周波数を、第２測定手段で用いる測定電圧の周波数よりも低く設定する。
ここで、粒子状物質の電気的特性には、検出に用いる測定電圧の周波数に応じて変化するという特性がある。具体的には、低周波数電圧を測定電圧として用いる場合には、センサ素子における粒子状物質の堆積が少量でも電気的特性に大きな変化が生じる一方、粒子状物質の堆積が多量になると電気的特性の変化が見られなくなる。これに対して、高周波数電圧を測定電圧として用いる場合には、測定可能領域が広く、センサ素子における粒子状物質の堆積が多量でも電気的特性に大きな変化が生じる一方、粒子状物質の堆積が少量であると電気的特性の変化が小さいという特性を有している。
本発明では、上述の特性を利用して、低周波数電圧により測定した電気的特性に応じて集塵を停止するため、より早期に集塵を停止でき、排気中に含まれる粒子状物質の濃度の検出をより迅速に行うことができる。
また、集塵停止後、排気中の粒子状物質の濃度の検出を、高周波数電圧により測定した電気的特性に基づいて行うことにより、センサ素子に多量の粒子状物質が付着している場合であっても測定できる。このため、測定可能時間を長く確保することができ、上記低周波数電圧を用いることによる集塵時間の短縮化と相俟って、より長時間に亘ってＰＭ濃度を検出できる。
また、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数をより低減でき、より一層の電力消費量の低減が図れる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、過渡運転状態、即ち粒子状物質の排出量が多い状態において、第１電極部に対して集塵電圧を印加する。これにより、短時間でセンサ素子に十分な量の粒子状物質を付着させることができるため、センサ素子の電気的特性に変化が現れる状態を早期に作り出すことができ、排気中に含まれる粒子状物質の濃度をより迅速に検出できる。ひいては、より長時間に亘ってＰＭ濃度を検出できる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、集塵電圧は測定電圧に比して大きい。例えば、集塵電圧としては、２ｋＶ程度の高電圧が要求されるのに対して、測定電圧は１Ｖ程度の低電圧で足りる。したがって、本発明によれば、測定電圧に比して大きい集塵電圧の印加時間を短縮化できるため、電力消費量をより低減できる。
【００２２】
請求項５から８記載の発明によれば、２つの電極部を備えることによる効果を除いて、上述した効果と同様の効果が奏される。
【００２３】
請求項９記載の発明によれば、第１測定手段の測定値に基づいて算出された値が所定の閾値を上回ったか否かに応じて、集塵電圧の印加を停止する、あるいは第２測定を実行する。これにより、上述した効果がより確実に奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒子状物質検出装置の構成を示す図である。
【図２】センサ素子１２の斜視図である。
【図３】センサ素子１２の分解斜視図である。
【図４】センサ素子１２のＰＭ検出メカニズムを説明するための図である。
【図５】ＰＭセンサ１１によるＰＭ濃度検出手順を示すフローチャートである。
【図６】ＰＭセンサ１１によるＰＭ濃度検出手順を説明するための図である。
【図７】図６のＸの部分拡大図である。
【図８】自然集塵によるＰＭ濃度の検出を説明するための図である。
【図９】ＰＭセンサ２１によるＰＭ濃度検出手順を示すフローチャートである。
【図１０】ＰＭセンサ２１によるＰＭ濃度検出手順を説明するための図である。
【図１１】ＰＭセンサ２１によるＰＭ濃度検出手順を説明するための図である。
【図１２】センサ素子３２の分解斜視図である。
【図１３】センサ素子３２のＰＭ検出メカニズムを説明するための図である。
【図１４】ＰＭセンサ３１によるＰＭ濃度検出手順を示すフローチャートである。
【図１５】ＰＭセンサ４１によるＰＭ濃度検出手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る粒子状物質検出装置（以下、「ＰＭセンサ」という）１１の構成を示す図である。
ＰＭセンサ１１は、内燃機関（以下、「エンジン」という）の排気管内に設けられたセンサ素子１２と、このセンサ素子１２に接続されたセンサ制御部１７と、を備え、センサ制御部１７は、集塵用ＤＣ電源１３、インピーダンス測定器１４、センサ素子１２の温度を制御する温度制御装置１５、これらを制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１６と、を含んで構成される。
以下、詳述するように、ＰＭセンサ１１は、エンジンの排気管内を流通する排気に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」という）が付着したセンサ素子１２の電気的特性を測定し、測定した電気的特性に基づいて、排気管内を流通する排気中の粒子状物質の濃度（以下、「ＰＭ濃度」という）を検出する。
【００２７】
図２は、センサ素子１２の斜視図である。図２に示すように、センサ素子１２は、ＰＭを含む排気が通過する通気孔を有しており、この通気孔により集塵部１２０が形成される。排気中に含まれるＰＭは、この集塵部１２０の内壁に付着して堆積する。
なお、本実施形態では、センサ素子１２の電気的特性は、集塵部１２０の電気的特性を測定することにより得られる。即ち、以下の説明において、集塵部１２０の静電容量は、センサ素子１２の静電容量を意味する。
【００２８】
図３は、センサ素子１２の分解斜視図である。センサ素子１２は、図３に示すように、一対の電極板１３０，１３１を、板状のスペーサ１２５Ａ，１２５Ｂを介装して組み合わせ、ヒーター層１２２，１２９及びアルミナプレート１２１で挟持することにより構成される。これにより、電極板１３０，１３１、スペーサ１２５Ａ，１２５Ｂに囲まれた集塵部１２０が形成される。
【００２９】
電極板１３０は、誘電体層１２４と、集塵電極層１２３とを積層することにより形成される。また、電極板１３１は、誘電体層１２６と、測定電極層１２７と、集塵電極層１２８とを積層することにより形成される。
【００３０】
測定電極層１２７は、一対の櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える。具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、測定電極層１２７の一端側の集塵部１２０に対応する位置に形成された一対の櫛歯部と、この櫛歯部から他端側へかけて延びる一対の櫛本体部と、を含んで構成される。より具体的には、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂは、一方の櫛形電極１２７Ａの櫛歯部と他方の櫛形電極１２７Ｂの櫛歯部とが相互に挟み合うように対向配置されている。
また、一対の櫛本体部は、インピーダンス測定器１４に電気的に接続されている。
【００３１】
ここで、測定電極層１２７に櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂを備える本実施形態のＰＭ検出メカニズムについて説明する。
図４は、本実施形態のセンサ素子１２の集塵部１２０内にＰＭが全面に付着して堆積したときの様子を模式的に示した図である。図４に示すように、集塵部１２０に集塵されたＰＭは、櫛形の測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの櫛歯部上に誘電体層を介して堆積する。このとき、隣接する測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間におけるもれ電界が、堆積したＰＭによる影響を受け、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂ間の電気的特性が変化する。この電気的特性の変化は、ＰＭ堆積量に相関があることから、この電気的特性の変化を検出することにより、ＰＭを検出できる。
【００３２】
集塵電極層１２３，１２８は、タングステン導体層からなる集塵電極１２３Ａ，１２８Ａを備える。この集塵電極１２３Ａ，１２８Ａは、集塵電極層１２３，１２８の一端側の集塵部１２０に対応する位置に略正方形状に形成された導体部と、この導体部からアルミナ基板の他端側へかけて線状に延びる導線部と、を含んで構成される。
また、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａの導線部は、集塵用ＤＣ電源１３に電気的に接続されている。
なお、集塵電極１２３Ａ、１２８Ａの導体部の一辺の長さは、約１０ｍｍである。
【００３３】
ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａを備え、これらヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａは、温度制御装置１５に電気的に接続されている。
また、アルミナプレート１２１は、略矩形状のアルミナ基板であり、厚みは約１ｍｍである。
【００３４】
集塵用ＤＣ電源１３は、切換スイッチ（図示せず）を介して、集塵電極層１２３，１２８に備えられた集塵電極１２３Ａ，１２８Ａの導線部に電気的に接続されている。集塵用ＤＣ電源１３は、ＥＣＵ１６から送信された制御信号に基づいて動作し、後述する測定電圧よりも大きい所定の集塵電圧を集塵電極層１２３，１２８間に印加する。これにより、排気中のＰＭを、集塵部１２０に付着させる。
なお、切換スイッチは、ＥＣＵ１６から送信された制御信号に基づいて動作する。
【００３５】
インピーダンス測定器１４は、切換スイッチ（図示せず）を介して、測定電極層１２７の一対の櫛本体部に電気的に接続されている。インピーダンス測定器１４は、ＥＣＵ１６から送信された制御信号に基づいて動作し、所定の測定電圧及び測定周期のもとで、集塵部１２０の静電容量を検出し、検出した静電容量に略比例した検出信号をＥＣＵ１６に出力する。
なお、切換スイッチは、ＥＣＵ１６から送信された制御信号に基づいて動作する。
【００３６】
温度制御装置１５は、各電極板１３０，１３１に接して設けられたヒーター層１２２，１２９のヒーター配線１２２Ａ，１２９Ａに電気的に接続されており、これらヒーター層１２２，１２９に電力を供給するヒーター用ＤＣ電源（図示せず）を含んで構成される。
ヒーター用ＤＣ電源は、ＥＣＵ１６から送信された制御信号に基づいて動作し、ヒーター層１２２，１２９に所定の電流を通電する。ヒーター層１２２，１２９は、ヒーター用電源から電流が供給されると発熱し、各電極板１３０，１３１を加熱する。これにより、各電極板１３０，１３１を加熱し、集塵部１２０に付着したＰＭを燃焼除去でき、センサ素子１２を再生できる。
【００３７】
ＥＣＵ１６は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ１６は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、集塵用ＤＣ電源１３、インピーダンス測定器１４、温度制御装置１５、及び切換スイッチ等に制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００３８】
図５は、ＰＭセンサ１１により排気のＰＭ濃度を検出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジンの始動後、ＥＣＵ１６により繰り返し実行される。
【００３９】
ステップＳ１１では、集塵部１２０の静電容量を測定し、これを初期静電容量ＣＩとして記録する。
【００４０】
ステップＳ１２では、集塵電極（１２３Ａ，１２８Ａ）に対して集塵電圧を印加し、集塵を開始する。これにより、排気中に含まれるＰＭを、集塵部１２０に付着させる。集塵電圧は、例えば２ｋＶに設定される。
【００４１】
ステップＳ１３では、集塵電極（１２３Ａ，１２８Ａ）に集塵電圧を印加し、集塵電圧を印加したままの状態で第１測定を開始する。具体的には、測定電極（１２７Ａ，１２７Ｂ）に対して測定電圧を印加し、集塵部１２０の静電容量を測定する。測定電圧は、例えば１Ｖに設定される。
【００４２】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３の第１測定で測定した静電容量Ｃが、予め設定された所定の閾値Ｃｔｈを上回るか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１５に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１３に戻り、再び第１測定を開始する。
【００４３】
ステップＳ１５では、集塵電極（１２３Ａ，１２８Ａ）に対する集塵電圧の印加を停止し、集塵を停止する。これにより、集塵電圧の印加によるＰＭの付着が停止する。
【００４４】
ここで、本実施形態において、集塵電圧を印加したままの状態で、第１測定で測定した静電容量Ｃが所定の閾値Ｃｔｈを上回った場合に、集塵を停止する点について説明する。
図６は、センサ素子１２を用いて、集塵電圧を印加することなく集塵を行った場合に、集塵部１２０に自然に付着する場合（以下、「自然集塵」という）の集塵部１２０に堆積するＰＭ量と、集塵部１２０の静電容量変化（即ち、センサ素子１２の静電容量変化）との関係を示す図である。図６の横軸は時間（秒）を表し、縦軸は静電容量（Ｆ）を表す。
図６の領域Ｉでは、時間の経過とともに集塵部１２０の内壁にＰＭが徐々に堆積していくものの、最初は薄くまばらに堆積するだけであるため、集塵部１２０の電気的特性に影響は無く、静電容量の変化は見られない。
領域ＩＩでは、時間の経過により、集塵部１２０の内壁全面にＰＭが薄く堆積し始め、集塵部１２０の電気的特性に影響を与えるようになる結果、静電容量が増大し始める。
さらに時間が経過した領域ＩＩＩでは、集塵部１２０の内壁全面にＰＭが密に厚く堆積し、集塵部１２０の電気的特性に大きく影響を及ぼすようになる結果、静電容量がさらに増大し、やがて静電容量は一定の値に収束する。即ち、ＰＭセンサ１１には、測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘが存在する。
ところで、図６に示すように、静電容量に変化が見られない領域Ｉの時間は非常に長い。これは、車両の定常運転において、自然集塵により集塵部１２０の内壁全面にＰＭが堆積して静電容量に変化が生じるまでには、相当の長時間（例えば、１〜２時間）を要することを意味する。ひいては、排気中のＰＭ濃度の算出は静電容量の変化に基づいて行うため、ＰＭ濃度の検出に長時間を要することを意味する。
一方、静電容量の変化が見られた後においても、従来のように集塵電圧を印加し続けてしまうと、ＰＭが大量に堆積する結果、短時間で測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘに到達してしまう。
このため、本実施形態のＰＭセンサ１１は、集塵電圧を印加することによってＰＭの堆積を促進し、静電容量に変化が見られるようになったところで、即ち、静電容量が所定の閾値Ｃｔｈを上回ったところで、集塵電圧の印加を停止して自然集塵に切替える。これにより、短時間で排気中のＰＭ濃度を検出可能な状態となるとともに、長時間の検出が可能となっている。
【００４５】
また、ステップＳ１４の判定に用いられる所定の閾値Ｃｔｈについて説明する。
上述の通り、短時間でＰＭ濃度の検出が可能な状態を作り出すとともに、長時間の検出を可能とするためには、ＰＭの堆積に基づいて静電容量に変化が見られた時点で、集塵電圧の印加を停止し、自然集塵に切替えることが好ましい。
一方、図６のＸの部分拡大図である図７に示すように、検出値にはノイズが含まれる。特に、ＤＰＦ等からＰＭの塊が取れて集塵部１２０に付着した場合や、排気温度が低く、ＰＭの温度が低いためにＰＭの電気物性が安定しない場合等の悪条件下では、大きなノイズが現れる。このため、ＰＭの堆積に基づく静電容量の変化と、ノイズとを正確に区別する必要があることから、最も悪条件下でのノイズ値に比して大きな値を、閾値Ｃｔｈとして設定する。
【００４６】
図５に戻って、ステップＳ１６では、第２測定を開始する。具体的には、測定電極（１２７Ａ，１２７Ｂ）に対して測定電圧を印加し、集塵部１２０の静電容量を測定する。
【００４７】
ステップＳ１７では、排気中のＰＭ濃度を検出する。
具体的には、ステップＳ１６の第２測定で測定した静電容量から、ステップＳ１１で測定した初期静電容量ＣＩを減算したものを算出し、これを静電容量変化量ΔＣ（即ち、集塵前後における集塵部１２０の静電容量変化量）として記録する。
次いで、静電容量変化量ΔＣに応じて、排気中のＰＭ濃度を検出する。より具体的には、集塵部１２０の静電容量変化量ΔＣと排気中のＰＭ濃度とを関係付ける制御マップに基づいて、測定した静電容量変化量ΔＣに応じたＰＭ濃度を算出する。なお、この制御マップは、予め所定の実験を行うことにより作成され、ＥＣＵ１６に格納されている。
【００４８】
ここで、第２測定で実行される自然集塵によるＰＭ濃度の検出について補足説明する。
図８は、ＰＭ濃度が１０．０ｍｇ／ｍ３の排気と、ＰＭ濃度が２１．０ｍｇ／ｍ３の排気を用いて、自然集塵を行ったときの静電容量とＰＭ積算濃度（ＰＭ濃度×時間）との関係を示す図である。図８に示すように、排気中のＰＭ濃度が１０．０ｍｇ／ｍ３のときの曲線と、２１．０ｍｇ／ｍ３のときの曲線はほぼ一致している。これは、ＰＭを自然集塵した場合において、静電容量とＰＭ堆積量との間には相関関係があり、静電容量を測定することにより排気中のＰＭ濃度を検出することが可能であることを意味している。
【００４９】
図５に戻って、ステップＳ１８では、ステップＳ１６の第２測定で測定した静電容量が、センサ素子１２の再生判定値Ｃｒｅｇｅｎを上回っているか否かを判定する。ここで、再生判定値Ｃｒｅｇｅｎは、センサ素子１２の測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘより若干小さい値であり、好ましくは最大静電容量Ｃｍａｘに０．９５を乗じた値である。
この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１９に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１６に戻って第２測定を再び開始する。なお、このとき、センサ素子１２は、集塵部１２０の静電容量に変化が見られる状態であるため、第２測定を開始できる。
【００５０】
ステップＳ１９では、センサ素子１２の再生を実行する。具体的には、ヒーター層に所定の電流を通電して発熱させることにより、集塵部１２０を加熱し、集塵部１２０に付着したＰＭを燃焼除去する。
【００５１】
本実施形態によれば、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加した後、所定の条件が満たされたことに応じて、集塵電圧の印加を停止するとともに測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに測定電圧を印加し、集塵部１２０の静電容量を測定する。
ここで、集塵部１２０の静電容量には、集塵部１２０の全面にＰＭが付着するまでは変化しない一方、集塵部１２０に付着したＰＭの堆積量が過大となっても変化しないという特性がある。
これに対して本実施形態では、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加することにより、排気中のＰＭを短時間で集塵部１２０の全面に付着させることができ、集塵部１２０の静電容量に変化が現れる状態を早期に作り出すことができる。このため、例えば３０秒ほどの短時間で、排気に含まれるＰＭの濃度を検出できる。即ち、応答性が高いため、車両運転中の任意のタイミングで、排気に含まれるＰＭの濃度を検出できる。
また、排気に含まれるＰＭの濃度を検出する際には、集塵部１２０に対する集塵電圧の印加を行わないため、ＰＭはゆっくりと自然に集塵部１２０に付着し、集塵部１２０の静電容量は緩やかに変化していくことから、長時間に亘ってＰＭの濃度を検出できる。
また、本実施形態では、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａと測定電極１２７Ａ，１２７Ｂの２つの電極を備えるため、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａに集塵電圧を印加してＰＭの集塵を行いつつ、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂに測定電圧を印加することで集塵部１２０の静電容量を測定することができる。このため、集塵の停止時期をリアルタイムで精度良く判定できることからも、上述の効果が期待できる。
また、長時間に亘ってＰＭの濃度を検出できるため、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数を低減でき、集塵及びヒーターへの電圧の印加に伴う電力の消費を低減できる。さらには、１Ｖ程度の低電圧で足りる測定電圧と異なり、例えば２ｋＶといった高電圧が要求される集塵電圧の印加時間を短縮化できることからも、電力消費量を低減できる。
【００５２】
本実施形態では、集塵電極１２３Ａ，１２８Ａが第１電極部を構成し、測定電極１２７Ａ，１２７Ｂが第２電極部を構成し、集塵用ＤＣ電源１３、及びＥＣＵ１６が電圧印加開始手段を構成し、インピーダンス測定器１４、及びＥＣＵ１６が第１測定手段を構成し、集塵用ＤＣ電源１３、及びＥＣＵ１６が電圧印加停止手段を構成し、インピーダンス測定器１４、及びＥＣＵ１６が第２測定手段を構成し、ＥＣＵ１６が濃度検出手段を構成する。
より具体的には、図５のステップＳ１２の実行に係る手段が電圧印加開始手段を構成し、ステップＳ１３の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、ステップＳ１４〜１５の実行に係る手段が電圧印加停止手段を構成し、ステップＳ１６の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、ステップＳ１７の実行に係る手段が濃度検出手段を構成する。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態に係るＰＭセンサは、第１実施形態に係るＰＭセンサ１１のＥＣＵ１６の構成、具体的には第１測定手段と第２測定手段を構成する部分が異なる以外は、第１実施形態と同様の構成である。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、センサ素子の電気的特性は、集塵部の電気的特性を測定することにより得られる。即ち、以下の説明において、集塵部の静電容量は、センサ素子の静電容量を意味する。
【００５４】
図９は、ＰＭセンサ２１により排気のＰＭ濃度を検出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジンの始動後、ＥＣＵ２６により繰り返し実行される。
【００５５】
ステップＳ２１では、集塵部の静電容量を測定し、これを初期静電容量ＣＩとして記録する。
【００５６】
ステップＳ２２では、集塵電極に対して集塵電圧を印加し、集塵を開始する。これにより、排気中に含まれるＰＭを、集塵部に付着させる。
【００５７】
ステップＳ２３では、集塵電極に集塵電圧を印加し、集塵電圧を印加したままの状態で第１測定を開始する。具体的には、測定電極に対して、後述する第２測定で印加する交流の測定電圧の周波数よりも低い周波数の測定電圧を印加し、集塵部の静電容量ＣＬを測定する。
【００５８】
ステップＳ２４では、ステップＳ２３の第１測定で測定した静電容量ＣＬが、予め設定された所定の閾値Ｃｔｈを上回るか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ２５に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ２３に戻り、再び第１測定を開始する。
【００５９】
ステップＳ２５では、集塵電極に対する集塵電圧の印加を停止し、集塵を停止する。これにより、集塵電圧の印加によるＰＭの付着が停止する。
【００６０】
ステップＳ２６では、第２測定を開始する。具体的には、測定電極に対して、上述の第２測定で印加した測定電圧の周波数よりも高い周波数の測定電圧を印加し、集塵部の静電容量ＣＨを測定する。
【００６１】
ここで、第１測定で用いる交流の測定電圧の周波数を、後述する第２測定で用いる測定電圧の周波数よりも低く設定する点について説明する。
図１０は、測定電圧の周波数を変更したときの静電容量と時間との関係を示す図である。図１０に示すように、集塵部の静電容量は、測定電圧の周波数により異なるという特性がある。具体的には、低周波数電圧の場合には、集塵部におけるＰＭの堆積が少量でも静電容量に変化が生じる一方、高周波数電圧の場合には、集塵部におけるＰＭの堆積が多量でも静電容量に変化が生じる。
図１１は、周波数１ｋＨｚの測定電圧と、１０ｋＨｚの測定電圧とを用いたときの静電容量と時間との関係を示す図である。図１１に示すように、低周波数電圧は高周波数電圧に比して、短時間で集塵停止の判定に用いる閾値Ｃｔｈを上回る。このため、本実施形態では、集塵部の静電容量に変化が生じてＰＭの検出が可能な状態であるか否かを、低周波数電圧により測定した静電容量で判定することにより、より短時間で集塵を停止することができるようになっている。また、集塵停止後、排気中のＰＭ濃度の検出を、高周波数電圧により測定した静電容量に基づいて行うことにより、測定可能時間を長く取ることができ、より長時間に亘るＰＭ濃度の検出が可能となっている。
【００６２】
図９に戻って、ステップＳ２７では、排気中のＰＭ濃度を検出する。
具体的には、ステップＳ２６の第２測定で測定した静電容量ＣＨから、ステップＳ２１で測定した初期静電容量ＣＩを減算したものを算出し、これを静電容量変化量ΔＣ（即ち、集塵前後における集塵部の静電容量変化量）として記録する。
次いで、静電容量変化量ΔＣに応じて、排気中のＰＭ濃度を検出する。より具体的には、集塵部の静電容量変化量ΔＣと排気中のＰＭ濃度とを関係付ける制御マップに基づいて、測定した静電容量変化量ΔＣに応じたＰＭ濃度を算出する。なお、この制御マップは、予め所定の実験を行うことにより作成され、ＥＣＵに格納されている。
【００６３】
ステップＳ２８では、ステップＳ２６の第２測定で測定した静電容量ＣＨが、センサ素子の再生判定値Ｃｒｅｇｅｎを上回っているか否かを判定する。ここで、再生判定値Ｃｒｅｇｅｎは、センサ素子の測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘより若干小さい値であり、好ましくは最大静電容量Ｃｍａｘに０．９５を乗じた値である。
この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ２９に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ２６に戻って第２測定を再び開始する。なお、このとき、センサ素子は、集塵部の静電容量に変化が見られる状態であるため、第２測定を開始できる。
【００６４】
ステップＳ２９では、センサ素子の再生を実行する。具体的には、ヒーター層に所定の電流を供給して発熱させることにより、集塵部を加熱し、集塵部に付着したＰＭを燃焼除去する。
【００６５】
本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、第１測定で用いる交流の測定電圧の周波数を、第２測定で用いる測定電圧の周波数よりも低く設定する。
ここで、ＰＭの静電容量には、検出に用いる測定電圧の周波数に応じて変化するという特性がある。具体的には、低周波数電圧を測定電圧として用いる場合には、集塵部におけるＰＭの堆積が少量でも静電容量に大きな変化が生じる一方、ＰＭの堆積が多量になると静電容量の変化が見られなくなる。これに対して、高周波数電圧を測定電圧として用いる場合には、測定可能領域が広く、集塵部におけるＰＭの堆積が多量でも静電容量に大きな変化が生じる一方、ＰＭの堆積が少量であると静電容量の変化が小さいという特性を有している。
本実施形態では、上述の特性を利用して、低周波数電圧により測定した静電容量に応じて集塵を停止するため、より早期に集塵を停止でき、排気中に含まれるＰＭの濃度の検出をより迅速に行うことができる。
また、集塵停止後、排気中のＰＭの濃度の検出を、高周波数電圧により測定した静電容量に基づいて行うことにより、集塵部に多量のＰＭが付着している場合であっても測定できる。このため、測定可能時間を長く確保することができ、上記低周波数電圧を用いることによる集塵時間の短縮化と相俟って、より長時間に亘ってＰＭ濃度を検出できる。
また、集塵、測定、再生の行程を繰り返す回数をより低減でき、より一層の電力消費量の低減が図れる。
【００６６】
本実施形態では、図９のステップＳ２２の実行に係る手段が電圧印加開始手段を構成し、ステップＳ２３の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、ステップＳ２４〜２５の実行に係る手段が電圧印加停止手段を構成し、ステップＳ２６の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、ステップＳ２７の実行に係る手段が濃度検出手段を構成する。
【００６７】
［第３実施形態］
第３実施形態に係るＰＭセンサ３１は、第１実施形態に係るＰＭセンサ１１のセンサ素子１２の構成と、ＥＣＵ１６の構成の一部を変更したものである。
図１２は、第３実施形態に係るＰＭセンサ３１のセンサ素子３２の分解斜視図である。
図１２に示すように、センサ素子３２の構成は、測定電極層が無い以外は第１実施形態に係るＰＭセンサ１１の構成と同様である。本実施形態では、第１実施形態のように測定電極を備えておらず、電極部３２３Ａ，３２７Ａが集塵電極と測定電極とを兼ね、インピーダンス測定器１４が、切換スイッチを介して電極板３３０，３３１に電気的に接続されている。
【００６８】
切換スイッチは、ＥＣＵ３６から送信された制御信号に基づいて動作し、電極板３３０，３３１に対する接続を、集塵用ＤＣ電源１３とインピーダンス測定器１４との間で選択的に切り換える。
具体的には、電極部３２３Ａ，３２７Ａに集塵電圧を印加する場合には、集塵用ＤＣ電源１３と電極板３３０，３３１とを接続し、センサ素子３２の静電容量を測定する場合には、インピーダンス測定器１４と電極板３３０，３３１とを接続する。
【００６９】
図１３は、本実施形態のセンサ素子３２の集塵部３２０内にＰＭが集塵されたときの様子を模式的に示した図である。図１３に示すように、集塵されたＰＭは、集塵部３２０内の内壁に堆積する。このとき、集塵部３２０の静電容量が、堆積したＰＭによる影響を受けて変化する。この静電容量の変化は、ＰＭ堆積量に相関があることから、この静電容量の変化に基づいて、ＰＭの検出が可能となっている。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、センサ素子３２の電気的特性は、集塵部３２０の電気的特性を測定することにより得られる。即ち、以下の説明において、集塵部３２０の静電容量は、センサ素子３２の静電容量を意味する。
【００７０】
図１４は、ＰＭセンサ３１により排気のＰＭ濃度を検出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジンの始動後、ＥＣＵ３６により繰り返し実行される。
【００７１】
ステップＳ３１では、集塵部３２０の静電容量を測定し、これを初期静電容量ＣＩとして記録する。
【００７２】
ステップＳ３２では、電極部３２３Ａ，３２７Ａに対して集塵電圧を印加するとともに、タイマーをスタートさせ、所定時間に亘る集塵を開始する。具体的には、電極部３２３Ａ，３２７Ａに集塵用ＤＣ電源を接続し、集塵電圧を印加する。これにより、排気中に含まれるＰＭを、集塵部３２０に付着させる。
【００７３】
ステップＳ３３では、集塵を開始してから、予め設定された所定時間Ｔｃｏｌ以上経過したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ３４に移り、ＮＯの場合には、集塵を継続する。なお、所定時間Ｔｃｏｌは、予め実験等を行うことにより所定の値に設定される。
【００７４】
ステップＳ３４では、電極部３２３Ａ，３２７Ａに対する集塵電圧の印加を停止し、集塵を停止するとともに、タイマーをリセットする。これにより、集塵電圧の印加によるＰＭの集塵が停止する。
【００７５】
ステップＳ３５では、第１測定を開始する。具体的には、電極部３２３Ａ，３２７Ａに対して測定電圧を印加し、集塵部３２０の静電容量を測定する。測定に際しては、電極部３２３Ａ，３２７Ａにインピーダンス測定器を接続し、測定電圧を印加する。
【００７６】
ステップＳ３６では、ステップＳ３５の第１測定で測定した静電容量Ｃが、予め設定された所定の閾値Ｃｔｈを上回るか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ３７に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ３２に戻り、再び集塵を開始する。
【００７７】
ステップＳ３７では、第２測定を開始する。具体的には、電極部３２３Ａ，３２７Ａに対して測定電圧を印加し、集塵部３２０の静電容量を測定する。
【００７８】
ステップＳ３８では、排気中のＰＭ濃度を検出する。
具体的には、ステップＳ３７の第２測定で測定した静電容量から、ステップＳ３１で測定した初期静電容量ＣＩを減算したものを算出し、これを静電容量変化量ΔＣ（即ち、集塵前後における集塵部の静電容量変化量）として記録する。
次いで、静電容量変化量ΔＣに応じて、排気中のＰＭ濃度を検出する。より具体的には、集塵部の静電容量変化量ΔＣと排気中のＰＭ濃度とを関係付ける制御マップに基づいて、測定した静電容量変化量ΔＣに応じたＰＭ濃度を算出する。なお、この制御マップは、予め所定の実験を行うことにより作成され、ＥＣＵ３６に格納されている。
【００７９】
ステップＳ３９では、ステップＳ３７の第２測定で測定した静電容量が、センサ素子３２の再生判定値Ｃｒｅｇｅｎを上回っているか否かを判定する。ここで、再生判定値Ｃｒｅｇｅｎは、センサ素子３２の測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘより若干小さい値であり、好ましくは最大静電容量Ｃｍａｘに０．９５を乗じた値である。
この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ４０に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ３７に戻って第２測定を再び開始する。なお、このとき、センサ素子３２は、集塵部３２０の静電容量に変化が見られる状態であるため、第２測定を開始できる。
【００８０】
ステップＳ４０では、センサ素子３２の再生を実行する。具体的には、ヒーター層に所定の電流を通電して発熱させることにより、集塵部３２０を加熱し、集塵部３２０に付着したＰＭを燃焼除去する。
【００８１】
本実施形態によれば、２つの電極部を備えることを除いて、第１実施形態と同様の効果が奏される。
また、本実施形態では、図１４のステップＳ３２〜３４の実行に係る手段が電圧印加手段を構成し、ステップＳ３５の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、ステップＳ３６の実行に係る手段が判定手段を構成し、ステップＳ３７の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、ステップＳ３８の実行に係る手段が濃度検出手段を構成する。
【００８２】
［第４実施形態］
第４実施形態に係るＰＭセンサ４１は、第３実施形態に係るＰＭセンサ３１のＥＣＵ３６の構成、具体的には第１測定手段と第２測定手段を構成する部分が異なる以外は、第３実施形態と同様の構成である。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、センサ素子の電気的特性は、集塵部の電気的特性を測定することにより得られる。即ち、以下の説明において、集塵部の静電容量は、センサ素子の静電容量を意味する。
【００８３】
図１５は、ＰＭセンサ４１により排気のＰＭ濃度を検出する手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジンの始動後、ＥＣＵ４６により繰り返し実行される。
【００８４】
ステップＳ４１では、集塵部の静電容量を測定し、これを初期静電容量ＣＩとして記録する。
【００８５】
ステップＳ４２では、電極部に対して集塵電圧を印加するとともに、タイマーをスタートさせ、所定時間に亘る集塵を開始する。具体的には、電極部を有する電極板に集塵用ＤＣ電源を接続し、集塵電圧を印加する。これにより、排気中に含まれるＰＭを、集塵部に付着させる。
【００８６】
ステップＳ４３では、集塵を開始してから、予め設定された所定時間Ｔｃｏｌ以上経過したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ３４に移り、ＮＯの場合には、集塵を継続する。なお、所定時間Ｔｃｏｌは、予め実験等を行うことにより所定の値に設定される。
【００８７】
ステップＳ４４では、電極部に対する集塵電圧の印加を停止し、集塵を停止するとともに、タイマーをリセットする。これにより、集塵電圧の印加によるＰＭの集塵が停止する。
【００８８】
ステップＳ４５では、第１測定を開始する。具体的には、電極部に対して、後述する第２測定で印加する測定電圧の周波数よりも低い周波数の測定電圧を印加し、集塵部の静電容量ＣＬを測定する。測定に際しては、電極部を有する電極板にインピーダンス測定器を接続し、測定電圧を印加する。
【００８９】
ステップＳ４６では、ステップＳ４５の第１測定で測定した静電容量ＣＬが、予め設定された所定の閾値Ｃｔｈを上回るか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ４７に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ４２に戻り、再び集塵を開始する。
【００９０】
ステップＳ４７では、第２測定を開始する。具体的には、電極部に対して、上述の第２測定で印加した測定電圧の周波数よりも高い周波数の測定電圧を印加し、集塵部の静電容量ＣＨを測定する。
【００９１】
ステップＳ４８では、排気中のＰＭ濃度を検出する。
具体的には、ステップＳ４７の第２測定で測定した静電容量ＣＨから、ステップＳ４１で測定した初期静電容量ＣＩを減算したものを算出し、これを静電容量変化量ΔＣ（即ち、集塵前後における集塵部の静電容量変化量）として記録する。
次いで、静電容量変化量ΔＣに応じて、排気中のＰＭ濃度を検出する。より具体的には、集塵部の静電容量変化量ΔＣと排気中のＰＭ濃度とを関係付ける制御マップに基づいて、測定した静電容量変化量ΔＣに応じたＰＭ濃度を算出する。なお、この制御マップは、予め所定の実験を行うことにより作成され、ＥＣＵ４６に格納されている。
【００９２】
ステップＳ４９では、ステップＳ４７の第２測定で測定した静電容量ＣＨが、センサ素子の再生判定値Ｃｒｅｇｅｎを上回っているか否かを判定する。ここで、再生判定値Ｃｒｅｇｅｎは、センサ素子の測定可能な最大静電容量Ｃｍａｘより若干小さい値であり、好ましくは最大静電容量Ｃｍａｘに０．９５を乗じた値である。
この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ５０に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ４７に戻って第２測定を再び開始する。なお、このとき、センサ素子は、集塵部の静電容量に変化が見られる状態であるため、第２測定を開始できる。
【００９３】
ステップＳ５０では、センサ素子の再生を実行する。具体的には、ヒーター層に所定の電流を通電して発熱させることにより、集塵部を加熱し、集塵部に付着したＰＭを燃焼除去する。
【００９４】
本実施形態によれば、２つの電極部を備えることを除いて、第２実施形態と同様の効果が奏される。
また、本実施形態では、図１５のステップＳ４２〜４４の実行に係る手段が電圧印加手段を構成し、ステップＳ４５の実行に係る手段が第１測定手段を構成し、ステップＳ４６の実行に係る手段が判定手段を構成し、ステップＳ４７の実行に係る手段が第２測定手段を構成し、ステップＳ４８の実行に係る手段が濃度検出手段を構成する。
【００９５】
なお、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述の第１〜第４実施形態では、第１測定により測定した静電容量Ｃが所定の閾値Ｃｔｈを上回ったか否かに応じて、集塵停止の判定、又は第２測定開始の判定を行ったが、所定時間が経過したか否かに応じてこれらの判定を行ってもよい。また、静電容量Ｃと時間との関係曲線から、静電容量が変化し始めるときの直線の傾きを求め、この傾きに応じてこれらの判定を行ってもよい。
【００９６】
また、例えば、上述の第１〜第４実施形態のＥＣＵに過渡運転状態判定部を設け、ステップＳ１２、２２、３２、４２の実行に係る手段として、過渡運転状態判定部によりエンジンが過渡運転状態であると判定された場合に、集塵電極に集塵電圧を印加して集塵を開始するように構成してもよい。
これにより、ＰＭがより多く排出される過渡運転状態において、短時間で効率良く、集塵部の全面にＰＭを付着させて集塵部の電気的特性に変化が現れる状態を作り出し、排気中のＰＭ濃度を検出できる。
なお、過渡運転状態であるか否かの判断としては、エンジンにより駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサにより検出されるアクセル開度、又はアクセルセンサの出力に基づいてＥＣＵにより算出される燃料噴射量に基づいて判断する。
【符号の説明】
【００９７】
１１…ＰＭセンサ（粒子状物質検出装置）
１２…センサ素子（センサ素子）
１３…集塵用ＤＣ電源（電圧印加開始手段、電圧印加停止手段）
１４…インピーダンス測定器（第１測定手段、第２測定手段）
１５…温度制御装置
１６…ＥＣＵ（電圧印加開始手段、第１測定手段、電圧印加停止手段、第２測定手段、濃度検出手段）
１７…センサ制御部
１２０…集塵部
１２３Ａ、１２８Ａ…集塵電極（第１電極部）
１２７Ａ、１２７Ｂ…測定電極（第２電極部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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